岩溶地区冲孔灌注桩施工技术探讨

2017-03-29欧阳柱潘殿琦刘耀峰杨书红

长春工程学院学报（自然科学版） 2017年4期

欧阳柱，潘殿琦，刘耀峰，杨书红

(长春工程学院勘查与测绘工程学院，长春 130021)

0 工程概况

深圳市龙岗区某桩基础项目，根据钻探揭露，场地内地质条件分布的地层从上至下为素填土、粉质黏土、中粗砂、含砂粉质黏土、大理岩，局部区域为构造角砾岩。场地内下覆大理岩，有土洞、岩溶等不良地质作用发育：有土洞、岩溶发育，在15个钻孔揭露土洞，埋深17.1～29.0 m，平均洞高3.47 m。在23个钻孔中共发育了39个溶洞，埋深11.0～43.4 m，洞高平均值1.84 m。土洞、溶洞有充填，但充填物多为软塑黏土或松散砂土，溶洞顶基岩厚度一般均小于1.0 m，溶洞稳定性差。而土洞位于地下水位以下，当抽取地下水时可能引起土洞的进一步发育，严重时可能造成地面塌陷。

本工程地质情况复杂，桩基成孔是重点及难点。场地砂层广泛分布且砂层较厚，砂层透水性强，桩基成孔过程中易塌孔；持力层大理岩存在土洞、岩溶，桩基成孔过程中土洞、岩溶易坍塌。工程采用冲孔钻机的成孔方式，冲孔钻机冲击速度快，垂直度好且适用各种土层，可有效防止冲击土洞溶洞时发生卡钻等突发问题，并且能缩短单桩施工时间，降低塌孔风险。

1 土洞溶洞段施工方案

因场地下基岩起伏面大，设计给定工程桩的桩长、桩径以及混凝土标号各不相同，并且岩溶地区地质情况含有不确定性，所以必须对所有工程桩的柱状图进行分析，以便确定土洞溶洞的发育情况和走势，必要时一桩多探。根据前期处理的土洞溶洞统计数据及本地施工经验，现作如下分析：

小溶洞直接选用回填片石加黏土冲孔成桩。根据统计情况，现场溶洞日平均处理1 m，控制每根桩溶洞桩基处理3 d，对于溶洞3 m以上的，优先选用注浆进行处理，从而缩短施工工期。

处理大溶洞必须根据超前钻探资料，可将溶洞上部岩层分为两类：对岩层厚度大并且安全能够得到保障的，先用冲孔钻机将上部岩层冲破，然后采用早强素混凝土回填密实，当混凝土强度稳定后继续冲孔成桩；对岩层厚度小的地区，先用注浆法处理，后用冲击钻机冲击成孔，在保证施工安全的基础上加快进度。

小土洞直接选用回填片石加黏土冲孔成桩，对于隐藏土洞分为两类处理：在超前钻探和冲击钻机施工中均未发现，可直接成桩；在超前钻探未发现而成孔过程中出现了突然垮塌现象，优先保证施工人员以及施工机械安全后，选用回填早强素混凝土处理。

大土洞地区的承载力很差，必须选用注浆法处理后，再用冲孔钻机冲孔，注意在施工中必须对注浆不到位的孔洞回填片石和黏土反复冲击，保证成孔质量。

根据超前钻探得到的土溶洞具体柱状图，并结合土溶洞的高度范围，对每根包含土溶洞的桩选用先处理法或后处理法，具体方案如下：

1)对土洞高度≤2 m或溶洞高度≤3 m的桩位，在施工中直接选用片石加黏土(比例为2.5∶1)的回填后处理方法冲孔成桩。

2)对土洞高度>2 m或溶洞高度>3 m且上部岩层厚度小的桩位，首先在该区域进行超前钻探加密探孔，确定土溶洞的具体范围，然后采用以下处理方法：①进行注浆法灌注水泥浆，水灰比采用0.6；②现场情况复杂并且施工困难的可以建议设计改变桩基位置。

3)对溶洞高度>3 m且顶部岩层厚度大且可以保证施工安全的桩位，先使用冲击钻机将溶洞顶部岩层冲破，然后采用早强素混凝土浇灌至该溶洞顶部以上0.5 m，确保密实处理，待混凝土强度稳定时继续冲孔成桩。

2 土溶洞段施工技术要点

本工程所用的处理方法可以总结为先处理法和后处理法。根据超前钻探资料确认土洞岩溶的埋深及大小，采取先处理法和后处理法帮助成孔，提供成孔条件穿过溶洞。

2.1 先处理方法

2.1.1 注浆处理

利用高压泵将水泥浆均匀地喷射到土洞溶洞及其周围土体的裂缝、孔隙中，在压力影响范围内重新排列并硬化胶结成一个整体，形成一个抗渗性高、稳定性好、强度大和压缩性低的新土体。注浆法工艺简便、造价低并且处理效果好。

2.1.2 桩基跨越

当桩基位于岩溶发育强烈并且土溶洞的发育范围广的地段，造成施工困难时，可不处理土溶洞，根据现场实际情况向设计单位建议将原有桩基位置移位或者将该地区内的桩基础更改成筏板基础，在满足承载力和稳定性的基础上从而跨越土洞和岩溶区。

2.2 后处理方法

2.2.1 片石回填

根据超前钻探资料，在冲击钻机正常冲击到土溶洞顶部之前，密切注意孔内情况并采用小冲程冲击，逐步将洞顶部击穿，若进入土溶洞，则会出现泥浆液面迅速降低、钻进速率明显加快并且没有偏孔现象，这时应迅速补充泥浆，时刻注意孔内泥浆情况，并提起冲击锤，防止出现卡锤、埋锤。在现场施工中不妨向孔内多加黏土数量，不仅能提高孔内泥浆比重，还能防止突然坍塌，然后及时将施工前准备好的片石抛入孔内，由溶洞竖向垂直高度增加2 m以上作为抛入量，投放要少量多次进行，在每次抛入后继续使用小冲程冲击，让冲击锤击碎片石并填满土溶洞从而保证在施工中不出现塌孔现象。如果孔内泥浆液面停止降低，并且出现液面缓慢上升的现象，则使用大冲程钻进，将抛入的片石挤压，确保填满溶洞。如果溶洞内进尺持续过快，则按照少量多次原则继续抛入片石。漏浆现象消失后，进入正常施工阶段，在钻孔顺利穿越土溶洞中可能会反复回填片石。[1]

2.2.2 素混凝土处理

针对大溶洞上部岩层厚度大并且施工中能够保障人员和机械安全的地区，直接正常施工进入溶洞，然后选用早强素混凝土浇筑至原溶洞顶部超过200 mm，以保证密实处理，待混凝土强度达到稳固状态时继续冲孔成桩。

2.3 钢护筒跟进法

当钻进溶洞时出现漏浆，与桩身周边溶洞相通，溶洞顶板岩层性质差，或者防止钻孔出现偏斜等现象，均可采用钢护筒跟进法。钢护筒跟进法又分为单层护筒法和多层护筒法、全跟进法和部分跟进法，应根据桩位的具体地质条件和溶洞分布情况选择合适的钢护筒跟进法。另外，在实际应用中钢护筒跟进法与回填法或注浆法可以结合使用。[2]

3 常见问题处理

3.1 漏浆、塌孔

钻孔过程中施工至土洞溶洞时，若土洞溶洞内未填充密实，则孔内泥浆会迅速流失，形成漏浆，严重时孔内液面会快速降低或长时间持续，从而会导致孔内、外压力差过大造成塌孔现象。

预防及处理措施：对已知土溶洞的桩位，在冲孔施工前优先选用注浆法或使用长护筒法护壁，防止塌孔；对隐藏的土溶洞，在施工中要准备好足量的片石、黏土和水源，防止出现漏浆现象时无法及时补浆。针对塌孔现象，施工之前在冲孔钻机底部铺上钢板，增加钻机底部的承载面积，确保出现塌孔时能够及时转移钻机，从而保证现场施工人员的人身安全。

3.2 偏孔

根据超前钻探资料显示，孔内出现岩面倾斜、起伏较大或溶洞内“半岩半空”等情况时，一旦处理不足，均会出现偏孔现象。

预防及处理措施：偏孔一般在钻进溶洞顶部或者倾斜基岩时出现，所以现场技术人员必须熟记超前钻探资料中可能出现的偏孔的位置，做好十字线，随时注意冲击锤的钢绳摆动情况，一旦出现偏孔马上回填块石及时纠正，回填深度比偏孔深度多1 m即可；在施工至溶洞顶部时，采用小冲程钻进，时刻注意进尺速度，若溶洞内为“半岩半空”状态，尽量在施工前先进行注浆处理，若钻进中出现严重偏孔，则可以选择浇筑混凝土填充，待混凝土强度满足要求后继续钻进成孔。

3.3 卡钻、掉钻、埋钻

卡钻多出现在偏孔、孔壁内凹凸孤石、击穿溶洞顶部处以及抛填片石处理溶洞不当等不良情况下；主绳断裂或绳卡松动导致钻头突然脱落掉入孔内出现掉钻；卡钻和掉钻现象如果没有及时处理，会使钻头被沉渣或片石掩埋，造成埋钻。

预防及处理措施：现场技术人员以及钻机操作人员要随时注意主绳的牢固情况，对有破损的主绳一律更换，绳卡和保险绳均要按规范固定，给钻头装上保险绳以便出现掉锤时方便打捞；遇到卡钻时切勿强行提拉钻头，防止掉钻，应缓慢操作转动钻头慢慢上升；抛填片石、黏土处理溶洞后，注意用小冲程钻进，将片石挤密稳固后方可正常钻进，防止钻头进尺过多而被片石掩埋。

3.4 混凝土流失

混凝土在灌注过程中，由于混凝土的侧压力大于泥浆的侧压力，从而会挤破泥浆护壁使混凝土流入溶洞，造成混凝土的流失现象，严重时会造成断桩。

预防及处理措施：首先加大混凝土的生产和运输能力，保证混凝土供应及时，在灌注过程中加大导管的埋深，一般埋入深度不小于3 m，在灌注时勤于测量混凝土面高程，防止混凝土液面突然下降导致导管底部悬空从而造成断桩；混凝土灌注完毕后，1～4 h内对已浇筑完成的混凝土液面标高多次复测，一旦发现混凝土液面下沉，马上采取二次浇筑方

法补充混凝土，避免出现断桩现象。

3.5 钢筋笼被卡住

终孔验收合格后方可下放钢筋笼，一般卡笼多是钢筋笼插入土溶洞区，强行下放甚至会造成塌孔。下放钢筋笼时一旦被卡住，可反复尝试提起后缓慢下放，切勿强行下放造成钢筋笼被卡死，若仍放不下去，应将钢筋笼缓慢提升，测量被卡住深度，分析原因，采取相应措施处理，对该孔位再次验收合格后才可重新下放钢筋笼。

3.6 其他

对溶岩强烈发育地区，地下土溶洞极其复杂，即使有超前勘探资料，也仅作为参考，一些隐藏溶洞在钻机冲孔过程中产生的强大的冲击作用下，极易将附近的溶洞等击通，从而将小形溶洞或多层溶洞组合形成大型或特大型的溶洞。因此在钻孔过程中全程观察泥浆变化，及时调整处理方案。在同一桩位的多层溶洞中，可能采用不同的处理方案。[3]